沉管灌注桩施工工艺及其桩端承载力加强器 【技术领域】
本发明涉及一种建筑基桩施工方法及提高桩端承载力的装置，特别是沉管灌注桩施工工艺及提高沉管灌注桩桩端承载力的装置。
技术背景
沉管灌注桩是将带有锥形钢桩靴或钢筋混凝土预制桩靴的钢套管沉入土中，随之将钢筋笼放入管内并予以固定，然后边灌注混凝土边振动钢套管并将其拔出孔外而形成钢筋混凝土灌注桩。目前沉管灌注桩的施工方法，有振动法、振冲法和锤击法等。它们的施工工艺流程是：安放预制桩尖(靴)或锥形钢桩尖(靴)，桩机就位，钢套管对准桩尖，两相正交方向调直，沉桩(振动、振冲或锤击沉桩)，直至送桩至设计标高，然后安放钢筋笼，灌注混凝土，振动拔管、配合反插，成桩。
现有桩尖(靴)装置如：实用新型专利ZL94214365“瓣式活页桩靴”，它主要由桩管和数个瓣式活页相互咬合成一个空心状圆锥体，每个瓣式桩靴活页设有一个挂钩，桩管下端边缘有内环，沿内环上端管周围有开口，每个开口处有一根小轴，可实现瓣式活页同桩管的相互咬合。
实用新型专利ZL96250250“可拆卸式合瓣桩头”，合瓣桩头是由数块上部宽、下部窄的单块锥状瓣共同构成，在单块锥状瓣的上部有承台板，承台板上直接有一个连接板，连接板上开有数个孔洞；与合瓣桩头活动连接的沉管壁上尚有相应的定位槽或者数个定位孔洞；承台板可由连接铰链接的上承台板和下承台板构成。
现有沉管灌注桩施工工艺及桩尖(靴)装置存在以下问题：
1、锥形桩靴，沉管灌注桩在沉管过程中，锥尖使破岩能力提高，穿透性增强，提高了施工效率，但成桩后，锥尖的刺入作用削弱了桩端承载力，易引起基桩下沉，导致承载力降低，沉降量增大。2、对于沉管灌注桩，无论是端承型还是摩擦型桩，基桩桩端持力层土的强度总是高于浅层地基土的强度，如果增加桩端土的密实度，更多地利用强度较高的持力层土体，则基桩承载力可以进一步提高。3、上述桩靴，由于固定于桩端，成桩后桩靴都不可以取出重复使用。
【发明内容】
本发明提供一种沉管灌注桩施工工艺及桩端承载力加强器，解决原有桩靴挤密桩端土体后因刺入作用而削弱桩端承载力的技术问题。
本发明的技术方案：沉管灌注桩施工工艺，其特征在于：
a、在桩基定位点安放桩端承载力加强器；
b、桩机就位，使钢套管端部对准桩端承载力加强器；
c、开始沉管，至设计位置；
d、从钢套管内取出由桩靴和桩靴支撑装置组成的桩端承载力加强器，供下次沉桩时重复使用；
e、管内安放钢筋笼；
f、边灌注混凝土，边振动拔管，
g、成桩。
在上述步骤c中，沉桩用锤击、振动或振冲方式沉桩。
这种桩端承载力加强器，由桩靴及桩靴支撑装置组成，其特征在于：桩靴支撑装置是伞状，它包括中轴伞杆、套在中轴伞杆中部地环形滑块、与中轴伞杆连接的斜撑、两端与斜撑中段和环形滑块铰接的支撑连杆；斜撑上端插入中轴伞杆上的环槽形顶帽中；中轴伞杆上端有一提手，提手与提绳连接，中轴伞杆下端穿过桩靴中心孔，中轴伞杆在桩靴中心孔下端有活动挡块，在桩靴中心孔上端有固定挡块。
上述桩靴是锥形钢桩靴或十字刃钢桩靴。
上述活动挡块是连接在中轴伞杆根部的螺母或销栓。
上述斜撑由至少两瓣钢板伞状排列组成。
上述斜撑下端有承台。
上述斜撑下端的两角是坡角。
上述桩靴中心孔固定连接一管芯。
上述环形滑块上有连接槽孔与支撑连杆下端铰接。
本发明的工作原理：桩靴的反力是由桩靴支撑装置提供的，而桩靴支撑装置的斜撑分瓣钢板依附在钢套管内壁和端部钢板，桩靴反力的大小除了与桩靴面积和地质情况有关，还取决于桩靴支撑装置和钢套管的接触情况。本发明利用分瓣钢板斜撑在钢套管内壁，同时使钢板一端搭在钢套管端部上，由于钢套管强度高，管壁不会出现撑破现象，端部也不会被挤压破坏。
从钢套管内提出桩靴时，桩靴支撑装置由“伞”状变成“H”状，分瓣钢板由斜撑状变为与钢套管壁平行，下端面积缩小，使桩靴和桩靴支撑装置从管内顺利提出。
在沉管过程中，要保证加强器的竖直和稳定，本发明采用中轴伞杆贯穿桩靴支撑装置和桩靴，并利用中轴伞杆下端的活动挡块提升桩靴，结构简单，操作方便，安全可靠。
有益效果：本发明施工方法与现有沉管灌注桩的施工工艺的根本区别在于：本发明的施工方法在沉管过程中利用桩靴挤密桩端土体，沉管结束后，可以将桩靴取出，重复使用，同时避免了因桩靴的刺入作用而削弱桩端承载力。其优点有以下几点：
1、通过沉管过程中桩靴对桩端土层的挤压，同时排开土层中的杂填土、淤泥等不良土质，可使桩端土层密实；
2、沉桩过程中，利用桩靴进行排土并起导向作用；成桩后，依靠平底桩端浇灌的混凝土与桩基挤密的持力层土体形成承压支承面，提高了桩端的支承作用，而且不会因为施工时桩靴的刺入作用而削弱桩端承载力。
本发明的可回收桩靴装置，结构简单，操作方便，安全可靠，桩靴装置从钢套管内取出重复使用，降低了施工成本。根据地质条件，灵活选用桩靴形式，有利于顺利沉桩，从而提高施工效率。利用本发明加强器装置和施工方法进行施工，可以提高桩端承载力，减少沉降量，提高施工效率和成桩质量。
【附图说明】
图1是本发明施工工艺示意图；
图2是本发明桩端承载力加强器的结构示意图；
图3是本发明桩端承载力加强器中的斜撑为四瓣钢板时的俯视图；
图4是本发明桩端承载力加强器中的斜撑为四瓣钢板时的主视图；
图5是桩端承载力加强器中斜撑为六瓣钢板时的俯视图；
图6是桩端承载力加强器中斜撑为六瓣钢板时的主视图；
图7是本发明桩端承载力加强器中顶帽的主视图；
图8是图7的1-1剖面图；
图9是桩靴支撑装置中环形滑块的主视图；
图10是图9的1-1剖面图；
图11是环形滑块对应六瓣钢板斜撑的主视图；
图12是图11的1-1剖面图；
图13是桩端承载力加强器中桩靴的俯视图；
图14是桩端承载力加强器中桩靴的主视图；
图15是桩端承载力加强器中桩靴为十字刃桩靴的俯视图；
图16是桩端承载力加强器中桩靴为十字刃桩靴的主视图。
1—斜撑、2—桩靴、3—顶帽、4—环形滑块、5—支撑连杆、6—固定挡块、7—活动挡块、8—提手、9—中轴伞杆、10—钢套管管壁、11—桩端钢板、12—承台、13—坡角、14—十字刃、15—管芯、16—连接槽孔。
【具体实施方式】
实施例：沉管灌注桩的施工工艺如图1所示：
步骤a：在桩基定位点安装桩端承载力加强器；
步骤b：桩机就位，使钢套管下端对准桩端承载力加强器，并确保垂直；
步骤c：沉管至设计位置；
步骤d：从钢套管顶上拉连接桩端承载力加强器的提绳，带动与提手8相连的中轴伞杆9，首先提升顶帽3，解除对斜撑1的约束，继续提升，固定挡块6带动活动滑块4，使支撑连杆5向四周推展斜撑1，使之与桩壁平行，斜撑下端也收缩到管桩内，继续提升，活动挡块7带动桩靴2的顶板，取出桩端承载力加强器；
步骤e：在沉管中安放钢筋笼；
步骤f：边灌注混凝土边振动拔管，
步骤g：成桩。
本发明桩端承载力加强器的实施例如图2所示：桩靴2通过伞状桩靴支撑装置与桩端连接，桩靴支撑装置由斜撑1、中轴伞杆9、支撑连杆5、顶帽3、环形滑块4、固定挡块6及活动挡块7组成。中轴伞杆下端穿入桩靴中心孔，中轴伞杆上端有一提手8，绳子从中穿入，在管桩顶部拉绳子即可取出整个桩靴装置。中轴伞杆中间有固定挡块6，提升时可推动环形滑块4。上述活动挡块7可以采用螺母或销栓形式连接中轴伞杆9，便于安装拆卸，提升时带动桩靴。
斜撑1如图3、4、5、6所示，根据钢套管直径大小做成两瓣或多瓣的分瓣钢板，一般以4～6瓣为宜，并使之闭合后成伞状。各分瓣钢板斜撑的两端有一定的角度，下端的承台12可以紧贴桩端钢板11，上端能够插入顶帽3。分瓣钢板斜撑下端的两角有一个坡角13，以便分瓣钢板斜撑平行管壁时能从钢套管管壁10内提出。
如图7、8所示，上述中轴伞杆9与顶帽3固定，该顶帽有一倒置的环槽，剖面成“巾”字状。
环形滑块4的实施例如图9、10、11、12所示，周围有连接槽孔16，便于与支撑连杆5铰接。
桩靴2可以是锥形钢桩靴或十字刃钢桩靴。如图13、14、锥形钢桩靴在沉桩过程中能挤密桩端土层，而且由于刺入作用有利于沉桩。如图15、16十字刃钢桩靴在十字刃14切削土层沉桩过程中可压密桩靴底面的土层，提高桩端的支承作用。中轴伞杆穿入桩靴中心孔，为保持中轴伞杆垂直度，桩靴中心孔固定连接一管芯15。